Driving simulators are powerful research tools. Countless simulator studies have contributed to traffic safety over the last decades. Constant improvements in simulator technology call for a measureable scale to assess driving simulators with regard to their utility in human factors research. A promising psychological construct to do so is presence. It is commonly defined as the feeling of being located in a remote or virtual environment that seems to be real. Another aspect of presence describes the ability to act there successfully.
The main aim of this thesis is to develop a presence model dedicated to the application in driving simulators. Established models have been combined and extended in order to gain a comprehensive model of presence that allows understanding its emergence and deriving recommendations on how to design or improve driving simulators. The five studies presented in this thesis investigate specific postulated model components and their interactions. All studies deal with motorcycling or a motorcycle riding simulator as exemplary field of application.
The first study used a speed estimation task to investigate the contribution of different sensory cues to presence. While visualization plays a particularly important role, further improvements could be achieved by adding more consistent sensory stimuli to the virtual environment. Auditory, proprioceptive and vestibular cues have been subject to investigation. In the second study, the speed production method was applied. It confirmed the positive contribution of action to presence as predicted by psychocybernetic models. The third study dealt with the effect of training on presence. Hence, no positive effect was observed. The fourth study aimed at replicating previous findings on sensory fidelity and diversity in a more complex riding situation than only longitudinal vehicle control. The riders had to cross an unexpectedly appearing deep pit with the virtual motorcycle. The contribution of more consistent sensory stimulation on presence was successfully shown in this scenario, too. The final study was a real riding experiment that delivered reference values for the speed estimation capabilities of motorcycle riders. Besides higher variations in the simulator data, the general speed estimation performance was on a comparable level. Different measures, such as subjective ratings, behavioral responses, performance, and physiological reactions, have been applied as presence indicators.
These studies’ findings deliver evidence for the meaningful application of the proposed presence model in driving simulator settings. The results suggest that presence can be interpreted as a quality measure for perception in virtual environments. In line with psychocybernetic models, taking action, which is seen as controlling perception, enhances this quality even further. Describing the psychological construct of presence in a theoretical framework that takes the diversity of perception and action in driving simulator settings into account closes a gap in traffic psychological research. / Fahrsimulatoren sind leistungsfähige Forschungsinstrumente. Seit einigen Jahrzehnten konnte mit unzähligen Simulatorstudien zur Verkehrssicherheit beigetragen werden. Stetige Weiterentwicklungen der Simulatortechnologie machen einen Maßstab erforderlich, der es erlaubt, Fahrsimulatoren hinsichtlich ihrer Nützlichkeit für verkehrspsychologische Fragestellungen zu bewerten. Ein vielversprechendes in der Psychologie verwendetes Konstrukt ist Präsenz. Für gewöhnlich wird Präsenz als das Gefühl definiert, sich in einer entfernten bzw. virtuellen Umwelt zu befinden, die als real wahrgenommen wird. Ein weiterer Aspekt von Präsenz beschreibt die Fähigkeit in dieser Welt erfolgreich zu handeln.
Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, ein Präsenzmodell für die Anwendung im Fahrsimulatorbereich zu entwickeln. Dafür werden bereits etablierte Präsenzmodelle aufgegriffen, kombiniert und um bestimmte Komponenten erweitert. Dies zielt darauf ab ein umfassendes Präsenzmodell zu etablieren, welches einerseits einen Erklärungsansatz zur Entstehung von Präsenz liefert und andererseits erlaubt, Gestaltungsempfehlungen für Fahrsimulatoren abzuleiten. Die fünf Experimente dieser Arbeit untersuchen spezifische Modellkomponenten und deren Zusammenspiel. Alle Studien befassen sich mit dem Motorradfahren bzw. einem Motorradfahrsimulator als exemplarisches Anwendungsfeld.
Die erste Studie verwendete ein Schätzverfahren für Geschwindigkeiten, um den Beitrag verschiedener Sinnesreize zu Präsenz zu untersuchen. Während der Visualisierung eine besondere Rolle zukommt, konnte die Präsenz durch die Hinzunahme weiterer sensorischer Stimuli in der virtuellen Welt noch gesteigert werden. Dabei wurden auditive, propriozeptive und vestibuläre Reize betrachtet. In der zweiten Studie wurde die Geschwindigkeitswahrnehmung mit Hilfe des Herstellungsverfahrens untersucht. Wie durch psychokybernetische Modelle vorhergesagt, hat sich die positive Auswirkung aktiven Handelns in der virtuellen Welt auf Präsenz bestätigt. Die dritte Studie befasste sich mit den Auswirkungen von Training auf Präsenz. Hier konnte jedoch kein positiver Zusammenhang festgestellt werden. Die vierte Studie zielte darauf ab, im Vorfeld gewonnene Erkenntnisse zur Vielfalt sensorischer Reize zu replizieren. Anstelle reiner Fahrzeuglängsregulation galt es, eine komplexere Fahrsituation zu bewältigen. Die Probanden mussten dabei mit ihrem virtuellen Motorrad einen unerwartet auftretenden tiefen Graben durchqueren. Der Beitrag vielfältiger sensorischer Stimulation auf Präsenz konnte auch in diesem Szenario erfolgreich gezeigt werden. Bei der letzten Studie handelte es sich um eine Realfahruntersuchung, die Referenzwerte zur Einordnung der Geschwindigkeitswahrnehmung im Motorradfahrsimulator lieferte. Außer höheren Schwankungen der Schätzwerte im Fahrsimulator bewegte sich die Güte der Schätzungen im Mittel auf einem vergleichbaren Niveau. Zur Messung von Präsenz wurden Befragungsdaten, Verhaltensmaße, Leistung und physiologische Reaktionen als Indikatoren herangezogen.
Die Ergebnisse der Studien belegen die sinnvolle Anwendbarkeit des vorgeschlagenen Präsenzmodells in der Fahrsimulation. Darüber hinaus zeigt sich, dass Präsenz als ein Gütemaß für Wahrnehmung in virtuellen Welten interpretiert werden kann. Psychokybernetischen Modellen folgend kann diese Qualität durch Handeln, welches als Kontrolle der Wahrnehmung gesehen wird, noch weiter gesteigert werden. Durch die Integration des psychologischen Präsenzkonstrukts in ein Rahmenmodell, welches der Vielfalt von Wahrnehmung und Handlung in Fahrsimulatoren Rechnung trägt, konnte eine Lücke in der verkehrspsychologischen Forschung geschlossen werden.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:uni-wuerzburg.de/oai:opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de:14974 |
| Date | January 2017 |
| Creators | Will, Sebastian |
| Source Sets | University of Würzburg |
| Language | English |
| Detected Language | German |
| Type | doctoralthesis, doc-type:doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Rights | https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/doku/lic_mit_pod.php, info:eu-repo/semantics/openAccess |
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